DE4141136A1 - Waermeaustauschsystem zur erwaermung von heiz- und brauchwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit Gas beheizte Geräte zur Erwärmung von Wasser sind seit langem bekannt. Ein Wärmeaustauschsystem der genannten Art (etwa nach der EP-PS 01 46 976) weist einen zylindrischen Brenner mit einem wendelförmig gewickelten Rippenrohrwär­ meaustauscher auf. Dieses Wärmeaustauschsystem weist auf­ grund seiner Bauweise bereits gute Abgaswerte auf, es ist allerdings entweder nur zur Heizwasser- oder nur zur Brauch­ wasserbereitung geeignet. Sollen Heiz- und Brauchwasser gleichzeitig erwärmt werden, so müßte die Wärmeübertragung zwischen Heiz- und Brauchwasser durch beispielsweise einen separaten Wärmeübertrager in oder an einem Speicher erfol­ gen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärme­ austauschsystem der genannten Art so auszubilden, daß bei einfachem und kompaktem Aufbau die gleichzeitige Heiz- und Brauchwassererwärmung möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Rippenrohr ein Innenrohr angeordnet ist, wobei im Innenrohr Brauchwasser und im Ringraum Heizwasser geführt ist. Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der rotati­ onssymmetrisch (zylindrisch bzw. kegelförmig) ausgebildete Brenner von einem wendelförmig bzw. kegelförmig gewickelten Wärmeaustauscher umgeben.

Es ist zwar bereits ein gasbeheiztes Wärmeaustauschsystem mit einem Kombinationswärmeaustauscher für Heiz- und Brauch­ wasser bekannt, bei dem jeweils in hochberippte Rohre ein Innenrohr eingeschoben wird (vgl. beispielsweise DE-GM 89 11 236), dort sind jedoch die hochberippten Rohre gerade ausgeführt. Um die notwendigen Leistungen zu erzielen, müssen dort im Normalfall mehrere solcher Koaxialrohre parallel geschaltet werden, was mit erheblichem schaltungs­ technischen Aufwand verbunden ist.

Zur Erzielung guter Wärmeübertragungsleistungen weist das Rippenrohr auf der Außenseite vorzugsweise 5 bis 20 schrau­ benlinienförmig umlaufende Rippen/Zoll mit einer Rippen­ höhe H_R = 1,5-15 mm auf.

Um die Wärmeübertragung am Rippenrohr weiter zu verbessern, wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Rippen gekerbt, geschlitzt oder abgekröpft sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauschsystem wird gleich­ zeitig die Teilaufgabe gelöst, durch konsequenten und ständigen Brennwertbetrieb den Energieverbrauch zu minimie­ ren (unter Brennwertbetrieb ist hierbei - wie allgemein üblich - die Nutzung der Kondensationswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes durch ausreichend kalte Wärmeaustauschoberflächen zu verstehen). Um einen konsequenten Brennwertbetrieb zu ermöglichen, werden die wärmeaustauschenden Flächen erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Oberflächentemperatur auf der berippten Außenseite des Außenrohres so zu liegen kommt, daß der im Abgas ent­ haltene Wasserdampf an dieser Fläche kondensieren kann, so daß die Kondensationswärme nutzbringend gewonnen wird. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mindestens zwei der drei Wärmeübertragungsflächen (Außenrohr/Heizwasser, Heizwasser/Innen­ rohr, Innenrohr/Brauchwasser) zu strukturieren bzw. zu berippen. Dabei empfiehlt es sich, das Rippenrohr und/oder Innenrohr jeweils auf der Innenseite mit 5 bis 20 Wellen/Zoll zu wellen bei einer Welltiefe w₁/w₂= 0,07- 0,7 mm. Nach einer erfindungsgemäßen Alternative weisen das Rippenrohr und/oder das Innenrohr jeweils auf der Innenseite schraubenlinienförmig umlaufende Innenrippen auf. Dabei sind vorzugsweise 0,5-5 Innenrippen pro mm Rohrinnendurchmesser vorgesehen, die eine Rippenhöhe e = 0,1-0,6 mm und einen Drallwinkel (bezogen auf die Rohrlängsachse) von 15-45° aufweisen. Hinsichtlich der Außenseite des Innenrohres empfehlen sich 5 bis 20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen/Zoll mit einer Rippenhöhe h_R = 0,3-3,0 mm. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Innen­ rohr auf der Außenseite eine Einfach- oder Kreuzrändel­ struktur bei einer Rändelhöhe von 0,3 bis 1,5 mm aufweisen.

Nach einer erfindungsgemäßen Alternative können Rippenrohr und/oder Innenrohr durch ein Wellrohr (Rohr mit konstanter Wanddicke) ersetzt werden.

Um die vom zentralen Brenner ausgehende und zwischen den Außenrippen des Rippenrohres durchtretende Strahlung auf den Wärmeaustauscher zurückzuwerfen, wird vorzugsweise auf der brennerabgewandten Seite des Rippenrohres eine reflektie­ rende Wand installiert.

Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauschsy­ stem ein spezifisch sehr leistungsfähiger Kombinationswär­ meaustauscher zur Verfügung gestellt, der zudem kompakt ist und preiswert herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Wärmeaustauschers liegt darin, daß er bei entsprechender Konzeption des Wärmeaustauschsystems mit wenigen Handgriffen aus- und eingebaut werden kann, was sowohl der Reinigung wie einem eventuell erforderlichen Austausch nach einem Schadensfall entgegenkommt.

Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Brennraum eines gasbeheizten Wärmaustauschsystems,

Fig. 2a einen Längsschnitt durch den (gestreckt gedachten) Wärmeaustauscher und

Fig. 2b einen Querschnitt durch den Wärmeaustauscher.

In Fig. 1 ist schematisch der Teil eines gasbeheizten Wärme­ austauschsystems 1 gezeigt, in dessen Brennraum 2 ein zylindrischer Brenner 3 von einem Wärmeaustauscher 4 in Form eines wendelförmig gewickelten, auf der Außenseite berippten Rippenrohres 5 umgeben ist. Die austretenden Abgase sind mit 3′ bezeichnet. Der Aufbau des Wärmeaustauschers 4 im einzelnen ist in Fig. 2a/2b gezeigt. Im Rippenrohr 5 ist hier ein konzentrisches Innenrohr 6 angeordnet, so daß ein Ringraum 7 gebildet wird. Im Innenrohr 6 wird Brauchwasser (BW) geführt, während der Ringraum 7 vom Heizwasser (HW) im Gleich- oder Gegenstrom durchflossen wird. Um einen konse­ quenten Brennwertbetrieb zu ermöglichen, sind sowohl die Wärmeübertragungsfläche Abgas/Rippenrohr 5 als auch die übrigen drei Wärmeübertragungsflächen (Rippenrohr 5/Heizwasser (HW), Heizwasser (HW)/Innenrohr 6, Innenrohr 6/Brauchwasser (BW)) strukturiert. So weist das Rippenrohr 5 auf der Außenseite schraubenlinienförmig umlaufende Rippen 8 der Rippenhöhe H_R auf, die Innenseite ist gewellt (Welltiefe w₁).

Das Innenrohr 6 ist hier ebenfalls mit schraubenlinienförmig umlaufenden Außenrippen 9 der Rippenhöhe h_R dargestellt. Die Innenrippen des Innenrohres 6 sind mit 10 beziffert (Rippen­ höhe e). Alternativ kann die Innenseite mit der Welltiefe w₂ gewellt sein (nicht dargestellt).

Zur besseren Ausnutzung der zwischen den Außenrippen 8 des Rippenrohres 5 hindurchtretenden Strahlung ist auf der brennerabgewandten Seite des Rippenrohres 5 eine reflektie­ rende Wand 11 installiert. Diese kann sich direkt hinter dem Rippenrohr 5 und in Kontakt mit diesem befinden wie auch in einigem Abstand und als Brennraumwand ausgebildet sein.

Claims (13)

1. Wärmeaustauschsystem (1), das in einem Brennraum (2) einen Brenner (3) aufweist, der seinerseits von einem wasserführenden Wärmeaustauscher (4) in Form eines gewickelten, auf der Außenseite berippten Rippenrohres (5) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Rippenrohr (5) ein Innenrohr (6) angeordnet ist, wobei im Innenrohr (6) Brauchwasser (BW) und im Ring­ raum (7) Heizwasser (HW) geführt ist.

2. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zylindrisch ausgebildete Brenner (3) von einem wendelförmig bzw. kegelförmig gewickelten Wärmeaustau­ scher (4) umgeben ist.

3. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der kegelförmig ausgebildete Brenner (3) von einem wendelförmig bzw. kegelförmig gewickelten Wärmeaustau­ scher (4) umgeben ist.

4. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rippenrohr (5) auf der Außenseite 5 bis 20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen (8)/Zoll mit einer Rippenhöhe H_R = 1,5-15 mm aufweist.

5. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen (8) gekerbt, geschlitzt oder abgekröpft sind.

6. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der drei Wärmeübertragungsflächen (Rippenrohr (5)/Heizwasser (HW), Heizwasser (HW)/Innen­ rohr (6), Innenrohr (6)/Brauchwasser (BW) strukturiert bzw. berippt sind.

7. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rippenrohr (5) und/oder das Innenrohr (6) jeweils auf der Innenseite gewellt sind mit 5 bis 20 Wellen/Zoll bei einer Welltiefe w₁/w₂= 0,07-0,7 mm.

8. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rippenrohr (5) und/oder das Innenrohr (6) jeweils auf der Innenseite schraubenlinienförmig umlaufende Innenrippen (10) aufweisen.

9. Wärmeaustauschsystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß 0,5-5 Innenrippen (10) pro mm Rohrinnendurchmesser vorgesehen sind, die eine Rippenhöhe e = 0,1-0,6 mm und einen Drallwinkel von 15-45° aufweisen.

10. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) auf der Außenseite 5 bis 20 schraubenlinienförmig umlaufende Rippen (9)/Zoll mit einer Rippenhöhe h_R = 0,3-3,0 mm aufweist.

11. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) auf der Außenseite eine Einfach- oder Kreuzrändelstruktur aufweist bei einer Rändelhöhe von 0,3 bis 1,5 mm.

12. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rippenrohr (5) und/oder das Innenrohr (6) als Wellrohr ausgebildet sind.

13. Wärmeaustauschsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der brennerabgewandten Seite des Rippenrohres (5) eine reflektierende Wand (11) angeordnet ist.